影响西北地区隧道泵送混凝土

影响西北地区隧道泵送混凝土表面质量的成因浅析铁路兰武二线A11标古丰1、2号隧道，位于青藏高原边沿，河西走廊中部，紧邻腾格里大沙漠，古“丝绸之路”交通要冲，海拔2150米以上的大西北古浪县境内。该地区地表水主要为终年冰川的自然融化水，地下水主要为卵石层中的少量潜水及基岩裂隙水，均不发育。土壤最大冻结深度138cm，年平均降雨量357.8mm。下表为2003年10月至2004年4月的气温及雪盖情况，其中2月份又分为1~11日及12~29日两个阶段。(气温单位:℃)鸦月份障10专11蝇12将1剖2狭3晕4钟1~11殿12~2闯9请最低气温敲+2.8嘴-7.6问-14.鸭1象-14.妄6些-16.鞭4搏-5.0池+1.8济+5.7物最高气温育+15.若0博+7.8朽+5.8蛮+4.3计+4.4婆+13.疑0铜+10.凭2课+18.痕7塌下雪天数叫5树7风2念6导3匆2服6设5吐雪盖天数愉12谊19繁20仍18莲7瓜4瓣11逼7古丰1、2号隧道的拱墙衬砌采用泵送混凝土施工，其中表面质量问题是我们关注的重点问题之一。要使最终的成型混凝土光洁照人，混凝土及其浇铸并不是一个简单的技术操作与技术控制的问题，它与气候，混凝土配合比，组成材料品质，模板质量，拌和、运输及振捣工艺等很多因素有关。普通混凝土是由水泥、粗细骨料、水等经搅拌、成型、养护，通过水化反应凝结、硬化后形成的多相的、非匀质性的胶凝状复合材料。由于组成材料“种类”多，成型体又不均匀，混凝土表面质量的好坏往往是多种因素综合作用的结果。1水泥对混凝土表面质量的影响水泥对混凝土表面质量的影响主要体现在水泥的细度、安定性、泌水性、等级及用量五个方面。细度偏小的水泥有利于提高成型混凝土的表面质量，但细度提高会加快水化反应速度，使水化热在较短时间内集中大量地释放，将缩短凝结时间，易产生龟缩裂纹。水泥中生石灰、活性二氧化硅等材料因其缓慢的缩聚反应，长时见后将导致混凝土安定性降低，出现胀性裂纹。水泥的泌水性有一个十分复杂的反应机理，与水泥中铝硅酸盐、石膏等关系密切，而混凝土的泌水性还与骨料和外掺料有关，过高的泌水率将使混凝土迅速地失去其可塑性，对泵送混凝土的危害性更大。另外水泥等级要比较稳定，波动幅度不宜过大，同是P.O32.5级的水泥，如有时28d强度达到42.5MPa以上，有时却稍有富余。使用“等级”波动较大的水泥在施工时较难掌握其水化热的不均匀释放，在温差变化较大、空气干燥的西北施工，如养护不良就容易形成因应力不均产生的拉裂现象。水泥对混凝土表面质量影响的另一个重要因素是水泥的用量，这一点，《普通混凝土配合比设计规程》等标准或规范都有明确的“最小用量”规定，但标准规定的“最小用量”主要是从预期强度考虑的，并不反应它能产生良好的耐久性和表面质量，因此在配合比选定时也不宜采用过低的水泥用量。2水灰比（或水胶比）对混凝土表面质量的影响水灰比或水胶比（以下统称水灰比）的变化对混凝土强度和表面质量的影响非常显著。同一理论配合比，在施工中，如水灰比变化0.03，其强度变化可达到13%左右；如水灰比变化0.1，其强度变化将达到35%以上，同时引起混凝土的表面质量发生显著的变化。实际上水泥缩聚反应只需要约占水泥质量25%的水，很显然，按0.25的水灰比是不能拌制塑性混凝土的。在实际施工中，塑性混凝土的水灰比一般都控制在0.4~0.7之间，多余的水分在凝结过程中，和水化热一起通过毛细孔而散失掉，并由此留下了气泡或孔隙。如果水灰比偏大，就可能形成大气泡或孔隙，既会降低混凝土的强度，还会影响其外观质量。因此，任何塑性混凝土，对理论配合比的选择都非常关键，必须恰当地选择好水灰比、用水量与砂率三个参数，才能使混凝土拌和物达到优良的粘聚性、流动性与保水性。3骨料、外掺料、外加剂等原材料对混凝土表面质量的影响骨料对混凝土表面质量的影响主要为骨料级配的不合理及含泥量偏高两个方面。不良的骨料级配将会较大地提高水泥和细骨料用量，以弥补因此而产生的过高的空隙率和输送泵堵管次数，水泥用量的增加又会增强混凝土的收缩应力。泥对混凝土的影响应分为两个方面，在西北地区，接近水泥细度的湿陷性黄土，当总含泥量不大于7%时，有利于强度的提高，由此而每增加3%，其破坏荷载将降低10%左右。在古浪县，因雨水稀少，尤其是每年11月至次年3月，没有流动水或池塘蓄积“水”，骨料含泥量大都很高。由于砂石一般都露天堆放，在此期间冲洗的砂石将因低温环境而冻结，难以装运和使用。因此为确保混凝土质量，在加强原材料控制的同时，就只能增加水泥用量。经测算，在4个月的混凝土冬季施工中，要多用大约840吨水泥，比正常施工超出大约10%的水泥用量。另外骨料中的有害物质，如木屑、煤碴、云母、塑料、纸片、锈铁等，也会严重地伤害混凝土，一些吸水性强、易腐朽的有害物质还会破坏混凝土的结构，引起混凝土的鼓胀开裂。当然，碱活性材料对混凝土的危害更大，它会强烈地破坏整个混凝土的结构。因此，外掺料、外加剂在混凝土中得到了比较普遍地应用，它们不但起到了减少水泥用量、降低成本的目的，更主要的是还能提高混凝土的工作性，缓解水化热的大量集中释放，对泵送混凝土，还能提高混凝土的可泵性，减少堵管现象。外掺料的种类很多，粉煤灰是质量优良、基本无负作用的外掺料，它能提高混凝土90d强度约2~3MPa以上。但随着粉煤灰技术在混凝土中的应用越来越广泛，粉煤灰的用量越来越大，粉煤灰的质量也开始出现一些问题，这主要表现在细度不够，含水量超标，每袋重量不足，品质下降等方面，在采购、检测和使用过程中必须引起高度重视。外加剂在混凝土中的应用非常广泛，其功能与作用也各不相同。在泵送混凝土中用得最普遍的是泵送剂、减水剂或减水缓凝剂，它既降低了混凝土成本，又提高了混凝土强度及其工作性能。但外加剂对不同的水泥一般有不同的适应性，在混凝土中的掺量也有一个适宜的范围，低了达不到应有的效果，高了会加快混凝土的早期收缩率，造成混凝土被拉裂。4施工工艺对混凝土表面质量的影响施工工艺包含拌制、运输、振捣及浇铸时间等施工管理与施工技术方面的问题。对于强制式拌和机，其搅拌时间一般都要在120~150s以上，才能拌制出能用于施工的混凝土。但在施工中，有的工地因为场地制约，拌和机的混凝土泻料口与罐车接料口之间的距离很高，而新拌混凝土中砂浆与粗骨料之间附着力还比较低，在导流槽中的运动速度差异较大，混凝土在下落过程中容易产生浆石分离现象，这就要求混凝土罐车在装有混凝土时应经常旋转存放罐，以进行混凝土的再拌和。通过比较发现，如不旋转,卸料时首先出来的是以砂浆为主的混凝土；旋转时，卸出料就比较成熟、均一、稳定，和易性良好。混凝土振捣的目的在于提高成型混凝土的密实度，实际上也是使混凝土中的“液”相与固相之间形成一个比较“均一、稳定”的混和体，减少因浆料不到位而形成的孔隙或漏洞。另外，为拌制塑性混凝土而加入的超量（与W/C=0.25相比）的水分几乎完全分布在浆料中，如不振捣就会因浆料集中造成水分集中，从而形成影响混凝土强度的、肉眼可观的大气泡或孔洞。瓶浇铸高度牛与浇铸时液间也是影轻响衬砌混旧凝土表面迁质量的重告要因素。仿在常温下策，强度不芦高坡于桨C2幸5棋时，每次规浇铸高度连不宜超已过敞1斩m已，与上一法次间隔浇全铸时间宜谨保持梯在片90~1属20mi解n背之间。原陷因是台车欢两侧混凝背土相对高发差达燕到绍1铸m锐时，在不雁考虑泵送丸时混凝土嚼对台车的澡瞬间冲击裁力、振捣样作用力、不混凝土对顿台车的重词压力等作执用力的情棚况下，仅笔混凝土自商身就将对尽台车产生伯不低绞于付24kN译/m跳2巷的相对静强挤压作用洽力，而且思这个作用灭力还会随死着浇铸高不度的增加惭而呈正比窜例增加，鲁这往往就舰是造成台随车变形或辽悬浮的根郊本原因。为但这个作奏用力是随言着混凝土昆的凝结硬毒化而逐渐环减小的，冶当它完全倚凝结硬化惕后也就完杜全消失。疫因此在混愿凝土施工车中，每一竿次浇铸应刷当有一个爪适宜的浇穷铸高度和盖间隔时间够。混凝土祖的初凝时观间从拌和想时算起，块一般沈在贤180m话i叹n雷以上，对阅于欧9~12炸m部台车，浇眼铸拳1杏m倒高度的时阻间大约搬在阔50mi不n隶左右。从浩第一次算蛇起，当台婚车一侧浇趋铸姐完贺1皮m倾高度后，贱开始转移伞输送管到丢对面窗口闸（大约需牌要仅20mi泛n为），再次晋浇技铸返1事m睁高度，进肠入第二次柿转管，为臂使混凝土沟在初凝后斩不致遭受根扰动破坏氧，在转管化完毕立即炮开始在第厚一次浇铸痰的基础上机进行第三罗次浇铸施呀工，当再岁次浇铸况完输1艳m掠高度时，姑加上拌和捆与运输时蔑间，第一链次浇铸的疤混凝土则疑正好进入火初凝期，村此时已进裤入初凝期家的混凝土渴对台车的坦相对挤压衔作用力将乔逐渐减小棚，台车所漠受的相对蓝挤压作用牛力转由第症二、三次镰浇铸的混呈凝土产生宫，则台车军承担的相郑对静挤压镜作用力基陪本达到平茂衡状态。督如此循环系，在正常臣情况下，犁台车受力宝将始终处剃于基本平辫衡的状态贷，进入初缸凝期的混爷凝土也不拣会因为振历捣扰动而稳遭到破坏事。在进入善拱部施工刚后，台车杏所受的作疑用力将主项要是垂直捞正压树力，在确李保台车不帝变形的情冷况下，可镰不受浇铸弟时间与浇甩铸量的影陪响。按此锻计算，如幻一次台车叫混凝土圾按垦160m搞3享计算，施劝工大约就蹲需酱要替15~1隐7完小时。如笋混凝土浇习铸速度过建快，台车邪所受的挤车压作用力蝇很不平衡失，台车变榴形量大，殃导致已凝钉结混凝土骨与台车之务间形成空壳隙，则必汤然有砂浆彻或水泥浆构向下渗透扫，从而留铁下粗燥或产水印痕迹沉；如浇铸应间隔时间加过长，亦胞会产生相夏似的后果相。引5令温、湿度嘴对混凝土招表面质量赵的影响手当水温低叙于但4功℃抓时，由于述粒子的运腊动惰性，涛混凝土拌胜和物不易危形成均匀鞠的分散体忆，水对胶久凝材料、调骨料的渗搬透能力减污弱，水泥燥的水化反枝应速度也躬明显降低袄。在西北收地区，由省于气温太愚低，水化帝反应释放修的水化热澡容易被散霉失，难以恢激活粒子领的运动惰险性，凝结肿时间增加队，脱模时公间延长，悠在脱模时蝴容易被模票板拉伤。侦所以，在基冬季施工僵中，规范音要求要对碰水、骨料蔬等先行加损热，并在趁拌制混凝商土时添加扯防冻剂；独对混凝土胁的拌制时还间要充分厦，以促进板微粒间的礼相互渗透天，有利于选水化反应垦的进行；壤对混凝土纤拌和站、饿运输罐车屠、混凝土决结构物进蓬行防寒保萌温处理，晌温水养护电，严防混慢凝土在未衔达到预期含强度前受亲冻。念在干燥少剥雨的西北类地区，如醋果隧道内沙湿度不足斑，混凝土街的水化热擦不易散失霜，容易造率成混凝土食开裂或剥像落，如洒草水养护，考气温太低情又容易被宰冻伤。但丙当隧道在秆贯穿前，栗空气的对垮流效应尚泉未形成，煌随着开挖沫和衬砌的床延伸，温揭、湿度也述会随着上骂升。经测极试，乔在地2寿号隧道出称口害，立2牧月份最冷织的时候，垂在距洞住口艰10斑0笔米处温度笨为轧3反℃扯、相对湿平度镰为略64怀%裕时，进入汤到距洞口票约翁57满5者米寇的衬砌台汁车处，温痰度就达抄到笛9炼℃贯，相对湿袭度达劝到椒86售%僵，达到了拴自然养护普的条件。振总的说来夹